java 多線程 - 死鎖

前言

死鎖單獨寫一篇文章是由於這是一個很嚴重的、必需要引發重視的問題。這不是誇大死鎖的風險，儘管鎖被持有的時間一般很短，可是做爲商業產品的應用程序天天可能要執行數十億次獲取鎖->釋放鎖的操做，只要在這數十億次操做中只要有一次發生了錯誤，就可能致使程序中發生死鎖，而且即便經過壓力測試也不可能找出全部潛在的死鎖。

 

死鎖

一個經典的多線程問題。

當一個線程永遠地持有一個鎖，而且其餘線程都嘗試去得到這個鎖時，那麼它們將永遠被阻塞，這個咱們都知道。若是線程A持有鎖L而且想得到鎖M，線程B持有鎖M而且想得到鎖L，那麼這兩個線程將永遠等待下去，這種狀況就是最簡單的死鎖形式。

在數據庫系統的設計中考慮了監測死鎖以及從死鎖中恢復，數據庫若是監測到了一組事物發生了死鎖時，將選擇一個犧牲者並放棄這個事物。Java虛擬機解決死鎖問題方面並無數據庫這麼強大，當一組Java線程發生死鎖時，這兩個線程就永遠不能再使用了，而且因爲兩個線程分別持有了兩個鎖，那麼這兩段同步代碼/代碼塊也沒法再運行了----除非終止並重啓應用。

死鎖是設計的BUG，問題比較隱晦。不過死鎖形成的影響不多會當即顯現出來，一個類可能發生死鎖，並不意味着每次都會發生死鎖，這只是表示有可能。當死鎖出現時，每每是在最糟糕的狀況----高負載的狀況下。

下面給出一個產生死鎖的簡單代碼而且演示如何分析這是一個死鎖：

public class DeadLock
{
    private final Object left = new Object();
    private final Object right = new Object();
    
    public void leftRight() throws Exception
    {
        synchronized (left)
        {
            Thread.sleep(2000);
            synchronized (right)
            {
                System.out.println("leftRight end!");
            }
        }
    }
    
    public void rightLeft() throws Exception
    {
        synchronized (right)
        {
            Thread.sleep(2000);
            synchronized (left)
            {
                System.out.println("rightLeft end!");
            }
        }
    }
}

 

注意這裏必定要有"Thread.sleep(2000)"讓線程睡一覺，否則一個線程運行了，另外一個線程尚未運行，先運行的線程頗有可能就已經連續得到兩個鎖了。寫兩個線程分別調用它們：

public class Thread0 extends Thread
{
    private DeadLock dl;
    
    public Thread0(DeadLock dl)
    {
        this.dl = dl;
    }
    
    public void run()
    {
        try
        {
            dl.leftRight();
        } 
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

 

public class Thread1 extends Thread
{
    private DeadLock dl;
    
    public Thread1(DeadLock dl)
    {
        this.dl = dl;
    }
    
    public void run()
    {
        try
        {
            dl.rightLeft();
        } 
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

 

寫個main函數調用一下：

public static void main(String[] args)
{
    DeadLock dl = new DeadLock();
    Thread0 t0 = new Thread0(dl);
    Thread1 t1 = new Thread1(dl);
    t0.start();
    t1.start();

    while(true);   
}

 

至於結果，沒有結果，什麼語句都不會打印，由於死鎖了。下面演示一下如何定位死鎖問題：

一、jps得到當前Java虛擬機進程的pid

 

二、jstack打印堆棧。jstack打印內容的最後其實已經報告發現了一個死鎖，但由於咱們是分析死鎖產生的緣由，而不是直接獲得這裏有一個死鎖的結論，因此別管它，就看前面的部分

先說明介紹一下每一部分的意思，以"Thread-1"爲例：

（1）"Thread-1"表示線程名稱

（2）"prio=6"表示線程優先級

（3）"tid=00000000497cec00"表示線程Id

（4）nid=0x219c

線程對應的本地線程Id，這個重點說明下。由於Java線程是依附於Java虛擬機中的本地線程來運行的，其實是本地線程在執行Java線程代碼，只有本地線程纔是真正的線程實體。Java代碼中建立一個thread，虛擬機在運行期就會建立一個對應的本地線程，而這個本地線程纔是真正的線程實體。Linux環境下可使用"top -H -p JVM進程Id"來查看JVM進程下的本地線程（也被稱做LWP）信息，注意這個本地線程是用十進制表示的，nid是用16進製表示的，轉換一下就行了，0x219c對應的本地線程Id應該是8604。

（5）"[0x000000004a3bf000..0x000000004a3bf790]"表示線程佔用的內存地址

（6）"java.lang.Thread.State：BLOCKED"表示線程的狀態

解釋完了每一部分的意思，看下Thread-1處於BLOCKED狀態，Thread-0處於BLOCKED狀態。對這兩個線程分析一下：

（1）Thread-1得到了鎖0x000000003416a4e8，在等待鎖0x000000003416a4d8

（2）Thread-0得到了鎖0x000000003416a4d8，在等待鎖0x000000003416a4e8

因爲兩個線程都在等待獲取對方持有的鎖，因此就這麼永久等待下去了。

三、注意一下使用Eclipse/MyEclipse，這段程序若是不點擊控制檯上面的紅色方框去Terminate掉它，而是右鍵->Run As->1 Java Application的話，這個進程會一直存在的，這時候能夠利用taskkill命令去終止沒有被Terminate的進程：

 

避免死鎖的方式

既然可能產生死鎖，那麼接下來，講一下如何避免死鎖。

一、讓程序每次至多隻能得到一個鎖。固然，在多線程環境下，這種狀況一般並不現實

二、設計時考慮清楚鎖的順序，儘可能減小嵌在的加鎖交互數量

三、既然死鎖的產生是兩個線程無限等待對方持有的鎖，那麼只要等待時間有個上限不就行了。固然synchronized不具有這個功能，可是咱們可使用Lock類中的tryLock方法去嘗試獲取鎖，這個方法能夠指定一個超時時限，在等待超過該時限以後變回返回一個失敗信息